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An ultrasonic non-destructive testing system for detection and quantification of early stage subsurface creep damage in the thermal power generation industry

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La tecnologia a ultrasuoni testa la solidità dei componenti delle centrali elettriche

Le centrali elettriche prevedono sistemi di tubature che operano in condizioni difficili e la mancata rilevazione di un danno può causare guasti pericolosi e persino blackout. Grazie ai finanziamenti dell’UE, prove non distruttive svolte con la nuova tecnologia a ultrasuoni possono rilevare in fase iniziale e con precisione i danni da scorrimento viscoso.

Tecnologie industriali
Energia

Le centrali a combustibile fossile producono energia elettrica in condizioni operative molto complesse, con numerosi componenti pressurizzati come i tubi di caldaia, i collettori e le condotte di vapore. Funzionano a temperature molto elevate, comprese tra 540 °C e 570 °C, e creano sollecitazioni che possono causare cricche di saldatura che a loro volta possono portare alla rottura dei tubi.

L’importanza della diagnosi precoce

Lo scorrimento viscoso è una deformazione di un componente sotto sforzo, dipendente dal tempo e termicamente assistita. «È ormai noto che i danni da scorrimento viscoso si verificano in una fase relativamente precoce del ciclo vitale del componente. In molti casi, le crepe di saldatura compaiono a metà della loro vita residua», osserva il dott. Marko Budimir, coordinatore del progetto CreepUT, finanziato dall’UE. È dimostrato che il danno da scorrimento viscoso non inizia in superficie e si propaga verso l’interno, ma viceversa. Si sviluppa anche molto più lentamente durante la fase iniziale. Quando viene rilevato in superficie, il tubo è quasi pronto a rompersi. I metodi di prova non distruttiva esistenti, come la metallografia di replicazione, non possono controllare adeguatamente sotto la superficie. Gli scienziati di CreepUT hanno affrontato questi pressanti problemi sviluppando una nuova tecnologia a ultrasuoni. «Il nostro sistema di scansione a ultrasuoni intelligente fornisce una copertura volumetrica complementare che consente per la prima volta di rilevare precocemente i danni da scorrimento viscoso sotto la superficie. È in grado di misurare con precisione la deformazione da scorrimento viscoso nella gamma dei micrometri, cosa molto difficile da rilevare con la tecnologia attuale, e di prolungare la durata dei componenti oltre i limiti progettuali originali nelle centrali elettriche», spiega Budimir.

Come funziona il sistema

Il sistema CreepUT è stato progettato specificamente per la scansione di saldature critiche suscettibili di danni da scorrimento viscoso. Possiede un manovratore meccanico ergonomico in grado di trasportare e posizionare con precisione la testa di ispezione a ultrasuoni sulle superfici di prova dei tubi. La testa di ispezione, composta da una sonda a ultrasuoni e da un cuneo, è costruita attorno a un trasduttore a ultrasuoni in grado di rilevare difetti superiori a 0,2 mm. La lunghezza d’onda del trasduttore a ultrasuoni può influenzare significativamente la probabilità di rilevare una crepa. La discontinuità deve essere maggiore della lunghezza d’onda per avere una ragionevole possibilità di essere rilevata; in caso contrario, l’onda sonora passerà intorno al difetto. «La maggior parte dei test a ultrasuoni viene eseguita a frequenze comprese tra 1 MHz e 15 MHz. Frequenze superiori consentono di rilevare difetti minori. Tuttavia, dopo un certo punto, l’energia sonora tende a disperdersi e non viaggia lontano nel materiale», spiega Budimir.

Difficoltà durante il funzionamento

Testare il sistema CreepUT creato di recente nelle centrali elettriche a lignite sarà impegnativo. L’alta concentrazione di piccole particelle di polvere rilasciate durante la combustione del carburante può causare errori durante il processo di scansione. Il sistema deve essere accuratamente ottimizzato per resistere alle dure condizioni operative all’interno di una centrale elettrica, che includono concentrazione di polvere, umidità e temperature elevate. Anche la sensibilità della sonda a ultrasuoni è fondamentale per il successo del sistema CreepUT. La rugosità finale della superficie dovrebbe essere di circa 1 μm; se superiore, può limitare gravemente la capacità della sonda di rilevare difetti molto piccoli. Dato che una rugosità così fine è costosa, il sistema è progettato per scansionare quattro punti intorno al tubo, ruotando di incrementi di 90 gradi. La tecnologia CreepUT offre una maggiore sicurezza e maggiori entrate grazie alla riduzione delle interruzioni delle centrali elettriche. Sono necessarie ulteriori prove per dimostrare in maniera convincente i meriti di questo nuovo processo di ispezione.

Parole chiave

CreepUT, danni da scorrimento viscoso, centrale elettrica, tecnologia a ultrasuoni, prove non distruttive, sub-superficie, cricca di saldatura, prove a ultrasuoni, trasduttore a ultrasuoni

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